12 практических знаний о частотных преобразователях

1. Основной состав частотного преобразователя

Частотный преобразователь состоит из четырёх основных частей: выпрямителя, промежуточного звена постоянного тока, инвертора и цепи управления. Выпрямитель преобразует сетевое переменное напряжение в постоянное; звено постоянного тока фильтрует и накапливает энергию; инвертор по команде цепи управления преобразует постоянное напряжение обратно в переменное с регулируемыми частотой и напряжением для питания двигателя.

2. Различие между преобразователями с источником напряжения и источником тока

Силовая схема преобразователя делится на два типа: с источником напряжения и с источником тока. В преобразователе с источником напряжения в качестве фильтрующего элемента в звене постоянного тока используются конденсаторы – он ведёт себя как источник напряжения. В преобразователе с источником тока используются дроссели (индуктивности) – он ведёт себя как источник тока. Выбор между ними зависит от характеристик нагрузки и условий применения.

3. Почему напряжение и частота должны изменяться пропорционально?

Электромагнитный момент любого двигателя является результатом взаимодействия тока и магнитного потока. Из формулы E = 4,44 × K × F × N × Φ следует, что при частотном регулировании магнитная цепь сильно меняется в широком диапазоне рабочих частот. Это может легко привести к насыщению магнитной системы, искажению тока намагничивания и появлению пиковых токов. Поэтому при изменении частоты необходимо пропорционально регулировать выходное напряжение, чтобы поддерживать постоянство магнитного потока, избегая ослабления поля или насыщения. Этот метод V/f‑управления широко применяется для энергосберегающих нагрузок, таких как вентиляторы и насосы.

4. На выходе преобразователя нельзя подключать конденсаторы

На выходе частотного преобразователя запрещается подключать конденсаторы, а также использовать конденсаторные однофазные двигатели. Выходной сигнал преобразователя имеет ШИМ‑форму, и конденсатор вызовет чрезмерный зарядный ток, что приведёт к отключению по перегрузке и даже к повреждению инверторного модуля.

5. Частотный преобразователь в основном не подходит для однофазных двигателей

Частотный преобразователь в принципе не пригоден для управления однофазными двигателями. Для однофазных двигателей с пусковым выключателем при работе ниже диапазона регулирования сгорает вспомогательная обмотка; для двигателей с конденсаторным пуском или конденсаторным режимом конденсатор может взорваться. Большинство преобразователей рассчитаны на трёхфазное питание, лишь некоторые маломощные модели допускают однофазный вход.

6. Преобразователь нельзя использовать как источник переменного напряжения

Источник переменного напряжения выдаёт чистую синусоиду и может обеспечить любое сетевое напряжение и частоту. Частотный преобразователь (правильнее называть его регулятором скорости) выдаёт ШИМ‑сигнал прямоугольной формы с большим количеством гармоник; его напряжение и частота изменяются пропорционально и не могут регулироваться независимо. Поэтому преобразователь не может служить универсальным источником питания – он предназначен только для регулирования скорости трёхфазных асинхронных двигателей.

7. Выбор преобразователя следует производить по току двигателя

При выборе частотного преобразователя основным критерием должен быть номинальный ток двигателя, а его мощность служит лишь ориентиром. При питании от преобразователя ток двигателя возрастает на 10–15%, а нагрев – примерно на 20–25%. При работе с высокоскоростными двигателями появляется больше высших гармоник, что увеличивает выходной ток преобразователя; поэтому следует выбирать преобразователь на один типоразмер больше, чем для стандартного двигателя.

8. Сигнальные и силовые провода должны прокладываться раздельно

Кабели сигналов и управления следует использовать экранированные для защиты от помех. При длине линии более 100 м сечение жил должно быть увеличено. Сигнальные и управляющие кабели нельзя прокладывать в одном кабельном лотке или канале с силовыми кабелями во избежание взаимных помех; лучше прокладывать их в отдельных трубах. Для передачи сигналов предпочтительнее использовать токовые сигналы (например, 4–20 мА), так как они менее подвержены затуханию и помехам.

9. Принцип установки времени разгона и торможения

Время разгона – это время увеличения выходной частоты от нуля до максимальной, время торможения – от максимальной до нуля. При разгоне необходимо ограничивать скорость нарастания частоты во избежание перегрузки по току, при торможении – скорость спада частоты во избежание перенапряжения. При наладке обычно задают большие времена разгона/торможения, наблюдают за отсутствием аварийных сигналов при пуске/останове, затем постепенно уменьшают времена до момента, когда срабатывает защита – это и есть оптимальные значения.

10. Опасность слишком низкой рабочей частоты

При длительной работе двигателя на очень низких оборотах его охлаждение значительно ухудшается, что может привести к перегреву и даже выходу из строя. Кроме того, при низкой частоте ток в кабеле возрастает, вызывая его нагрев. Поэтому необходимо разумно устанавливать минимальную рабочую частоту, избегая длительной работы на слишком малых оборотах.

11. Функция пропуска частот для избежания резонанса

При некоторых частотах двигатель и оборудование могут входить в резонанс. Функция пропуска частот (скачков частоты) позволяет обойти эти резонансные точки, защищая механизмы. При управлении компрессорами следует также избегать помпажных режимов.

12. Защитные функции частотного преобразователя

Защитные функции преобразователя делятся на два типа:

• Автоматическая коррекция – например, защита от опрокидывания по току, защита от перенапряжения при рекуперации. При обнаружении аномалии преобразователь автоматически выполняет корректирующие действия.

• Аварийное отключение – например, отключение по току, отключение по перенапряжению, защита от перегрева вентилятора охлаждения, защита при кратковременном пропадании питания. При обнаружении аномалии ШИМ‑сигналы блокируются, и двигатель останавливается автоматически.

При использовании муфты для подключения нагрузки кратковременный бросок тока может вызвать отключение преобразователя по перегрузке. Если двигатель оснащён конденсаторами коррекции коэффициента мощности, их зарядный ток также может привести к отключению – такие конденсаторы необходимо удалить.